JP6930195B2 - Model identification device, prediction device, monitoring system, model identification method and prediction method - Google Patents
Model identification device, prediction device, monitoring system, model identification method and prediction method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6930195B2 JP6930195B2 JP2017081413A JP2017081413A JP6930195B2 JP 6930195 B2 JP6930195 B2 JP 6930195B2 JP 2017081413 A JP2017081413 A JP 2017081413A JP 2017081413 A JP2017081413 A JP 2017081413A JP 6930195 B2 JP6930195 B2 JP 6930195B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- input
- output data
- data
- label
- clustering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
Description
本件は、モデル同定装置、予測装置、監視システム、モデル同定方法および予測方法に関する。 This case relates to a model identification device, a prediction device, a monitoring system, a model identification method and a prediction method.
入力データと出力データとの関係において、複数のモードが現れることがある。そこで、入出力データを複数のモードに分類するためのクラスタリング技術が望まれている。例えば、イベント情報を用いて運転モードごとに学習データを作成することでクラスタリングを行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Multiple modes may appear in the relationship between input data and output data. Therefore, a clustering technique for classifying input / output data into a plurality of modes is desired. For example, a technique for performing clustering by creating learning data for each operation mode using event information is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記技術では、イベント情報に基づいてクラスタリングを行うため、高い精度でのクラスタリングが困難である。その結果、高い精度でモデル同定を行うことが困難である。 However, in the above technique, since clustering is performed based on event information, it is difficult to perform clustering with high accuracy. As a result, it is difficult to identify the model with high accuracy.
1つの側面では、本件は、高い精度でモデル同定を行うことができるモデル同定装置、予測装置、監視システム、モデル同定方法および予測方法を提供することを目的とする。 In one aspect, the present invention aims to provide a model identification device, a prediction device, a monitoring system, a model identification method, and a prediction method capable of performing model identification with high accuracy.
1つの態様では、モデル同定装置は、複数の入出力データのうち一部に、所属するモードのラベルを付加するラベル付加部と、前記ラベルが付加された入出力データを用いて、前記複数の入出力データのうち前記ラベルが付加された入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データとを各モードに分類するクラスタリングを行うクラスタリング部と、前記クラスタリングの結果に基づいて、各モードの数理モデルのパラメータを推定するパラメータ推定部と、前記クラスタリングの結果に基づいて、入力データを前記数理モデルのそれぞれに分類するための分離超平面を推定する分離超平面推定部と、を備え、前記クラスタリング部は、前記ラベルが付加された入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データとの類似度と、前記ラベルが付加されていない入出力データ間の類似度と、に基づいて、前記ラベルが付加された入出力データとの類似度が高い前記ラベルが付加されていない入出力データ間の類似度が高くなるように、また、前記ラベルが付加された入出力データとの類似度が低い前記ラベルが付加されていない入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データの近傍の前記ラベルが付加されていない入出力データとの類似度が高くなるように、前記複数の入出力データのクラスタリングを行う。 In one embodiment, the model identification device uses the label addition unit that adds a label of the mode to which the model identification device belongs to a part of the plurality of input / output data, and the plurality of input / output data to which the label is attached. Of the input / output data, the clustering unit that performs clustering that classifies the input / output data with the label and the input / output data without the label into each mode, and based on the result of the clustering, of each mode A parameter estimation unit that estimates the parameters of the mathematical model and a separation superplane estimation unit that estimates the separation superplane for classifying the input data into each of the mathematical models based on the result of the clustering are provided . The clustering unit is based on the similarity between the input / output data with the label and the input / output data without the label, and the similarity between the input / output data without the label. High degree of similarity to the input / output data to which the label is attached So that the degree of similarity between the input / output data to which the label is not attached is high, and the degree of similarity to the input / output data to which the label is attached. The plurality of inputs are such that the similarity between the input / output data without the label and the input / output data without the label in the vicinity of the input / output data without the label is high. Cluster the output data.
1つの態様では、予測装置は、上記モデル同定装置の前記分離超平面推定部が推定した前記分離超平面を用いて入力データを前記数理モデルのそれぞれに分類し、前記数理モデルのそれぞれに分類された前記入力データに前記数理モデルのパラメータを適用することで、前記入力データに対する出力データの予測値を計算する計算部を備える。 In one embodiment, the predictor classifies the input data into each of the mathematical models using the separated superplane estimated by the separated superplane estimation unit of the model identification device, and is classified into each of the mathematical models. By applying the parameters of the mathematical model to the input data, a calculation unit for calculating the predicted value of the output data with respect to the input data is provided.
1つの態様では、監視システムは、上記予測装置の前記計算部が計算した予測値と、前記入力データに対する出力データの実測値と、の乖離度が閾値を超えるか否かを判定する判定部を備える。 In one embodiment, the monitoring system has a determination unit that determines whether or not the degree of deviation between the predicted value calculated by the calculation unit of the prediction device and the actually measured value of the output data with respect to the input data exceeds a threshold value. Be prepared.
高い精度でモデル同定を行うことができる。 Model identification can be performed with high accuracy.
まず、実施例の説明に先立って、クラスタリング技術を用いたモデル同定について説明する。図1(a)は、入出力データを例示する図である。図1(a)において、横軸は経過時間を表し、縦軸は入力データ値と出力データ値とを表す。入力データと出力データとの関係において、複数のモードが現れることがある。図1(a)の例では、入力データと出力データとの関係において、モード1およびモード2の2種類のモードが現れている。
First, model identification using a clustering technique will be described prior to the description of the examples. FIG. 1A is a diagram illustrating input / output data. In FIG. 1A, the horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the input data value and the output data value. Multiple modes may appear in the relationship between input data and output data. In the example of FIG. 1A, two types of modes,
図1(b)は、クラスタリングを用いたモデル同定の手順を例示する図である。図1(b)で例示するように、入出力データに対してk−means等の教師無し学習によるクラスタリングを行うことで、入出力データをモード1およびモード2に分類する(ステップS1)。次に、各モードに分類された入出力データを用いて、各モードの数理モデルパラメータを推定する(ステップS2)。一方で、各モードに分類された入出力データを用いて、未知の入力データを数理モデルのそれぞれに分類するための境界面(分離超平面)を推定する(ステップS3)。図1(a)に、モデル1およびモデル2のモデルパラメータと、境界面とを例示する。この手順によれば、未知の入力データを各数理モデルに分類することができるようになる。また、各数理モデルのモデルパラメータを用いて、未知の入力データに対する出力データを予測することができるようになる。
FIG. 1B is a diagram illustrating a procedure for model identification using clustering. As illustrated in FIG. 1B, the input / output data is classified into
この手順では、ステップS1のクラスタリングの結果が、出力データの予測精度に大きく影響を及ぼす。したがって、クラスタリングの精度を高くすることが望まれる。しかしながら、入出力データの分布に応じて、クラスタリングの結果が変動し得る。以下、その理由について説明する。 In this procedure, the result of clustering in step S1 has a great influence on the prediction accuracy of the output data. Therefore, it is desired to improve the accuracy of clustering. However, the result of clustering may vary depending on the distribution of input / output data. The reason will be described below.
図2(a)および図2(b)は、入力データと出力データの関係の分布を例示する図である。図2(a)および図2(b)において、u(t−1)はセンサの計測対象への入力データであり、y(t)はセンサの出力データである。図2(a)および図2(b)の例では、出力データ値は、入力データ値が大きくなるとともに線形に大きくなり、途中から入力データ値が大きくなるとともに線形に小さくなり、さらに途中から入力データ値が大きくなるとともに線形に大きくなっている。捉え方によっては、途中で途切れているものの、線形に大きくなる入出力関係をモード1に分類し、線形に小さくなる入出力関係をモード2に分類することができる。図2(a)は、この分類に従って入出力関係をモード1とモードとに分類した結果である。他の捉え方によっては、線形に大きくなって途中から線形に小さくなる入出力関係をモード1に分類し、さらに線形に大きくなる入出力関係をモード2に分類することもできる。図2(b)は、この分類に従って入出力関係をモード1とモード2とに分類した結果である。
2 (a) and 2 (b) are diagrams illustrating the distribution of the relationship between the input data and the output data. In FIGS. 2A and 2B, u (t-1) is input data to the measurement target of the sensor, and y (t) is output data of the sensor. In the examples of FIGS. 2 (a) and 2 (b), the output data value increases linearly as the input data value increases, increases linearly as the input data value increases from the middle, and then decreases linearly, and then inputs from the middle. As the data value increases, it increases linearly. Depending on how it is perceived, an input / output relationship that is interrupted in the middle but increases linearly can be classified into
クラスタリングの結果自体は、図2(a)および図2(b)の場合で、どちらも正しい結果と言える。しかしながら、当該結果が、入出力関係の実際のモードと合致しない場合が生じ得る。この場合、モデル同定の精度が低下して、出力データの予測精度が低下するおそれがある。したがって、クラスタリングの精度を高くすることで、モデル同定の精度を高くすることが望まれる。 The clustering results themselves are the cases of FIGS. 2 (a) and 2 (b), both of which can be said to be correct results. However, there may be cases where the result does not match the actual mode of the I / O relationship. In this case, the accuracy of model identification may decrease, and the accuracy of prediction of output data may decrease. Therefore, it is desired to improve the accuracy of model identification by increasing the accuracy of clustering.
そこで、以下の実施例では、高い精度でモデル同定を行うことができるモデル同定装置、予測装置、監視システム、モデル同定方法および予測方法について説明する。 Therefore, in the following examples, a model identification device, a prediction device, a monitoring system, a model identification method, and a prediction method capable of performing model identification with high accuracy will be described.
図3は、実施例1に係るモデル同定装置100のブロック図である。図4(a)は、実施例1に係る予測装置200のブロック図である。図4(b)は、実施例1に係る監視システム300のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of the
図3で例示するように、モデル同定装置100は、センサデータ取得部11、センサデータ記憶部12、モデル生成用データ取得部13、ラベルデータ統合部14、クラスタリング計算部15、モデルパラメータ推定部16、分離超平面推定部17、モデル記憶部18、およびラベル付加部20を備える。ラベル付加部20は、指標データ取得部21、指標データ表示部22、ラベル情報取得部23、およびラベルデータ作成部24を備える。
As illustrated in FIG. 3, the
図4(a)で例示するように、予測装置200は、センサデータ取得部11、モデル記憶部18、モデル取得部31、予測用入力データ取得部32、予測計算部33、および予測値記憶部34を備える。図4(b)で例示するように、監視システム300は、センサデータ取得部11、予測値記憶部34および判定部40を備える。
As illustrated in FIG. 4A, the
図5は、モデル同定装置100、予測装置200および監視システム300のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図5で例示するように、モデル同定装置100、予測装置200および監視システム300は、CPU101、RAM102、記憶装置103、入力機器104、表示装置105などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。CPU(Central Processing Unit)101は、中央演算処理装置である。CPU101は、1以上のコアを含む。RAM(Random Access Memory)102は、CPU101が実行するプログラム、CPU101が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置103は、不揮発性記憶装置である。記憶装置103として、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD)、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。入力機器104は、キーボード、マウスなどである。表示装置105は、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスパネルなどであり、モデル同定装置100および予測装置200の処理結果などを表示する。CPU101が記憶装置103に記憶されているプログラムを実行することによって、モデル同定装置100、予測装置200および監視システム300が実現される。なお、モデル同定装置100、予測装置200および監視システム300は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。
FIG. 5 is a block diagram for explaining the hardware configurations of the
図6は、モデル同定装置100の各部の処理を表すフローチャートを例示する図である。以下、図3および図6を参照しつつ、モデル同定装置100の処理について説明する。
FIG. 6 is a diagram illustrating a flowchart showing processing of each part of the
まず、センサデータ取得部11は、入力データと、当該入力データに対するセンサの出力データと、をセンサデータとして取得する(ステップS11)。センサデータ取得部11によって取得されたセンサデータは、センサデータ記憶部12に記憶される。 First, the sensor data acquisition unit 11 acquires the input data and the output data of the sensor with respect to the input data as sensor data (step S11). The sensor data acquired by the sensor data acquisition unit 11 is stored in the sensor data storage unit 12.
次に、指標データ取得部21は、センサデータ記憶部12に記憶されたセンサデータから、モデル生成用の指標データを取得する。図7(a)は、指標データを例示する図である。図7(a)で例示するように、クラスタリング前であるため、指標データは、まだ各モードに分類されていない。指標データ表示部22は、表示装置105に、指標データを表示させる(ステップS12)。
Next, the index data acquisition unit 21 acquires index data for model generation from the sensor data stored in the sensor data storage unit 12. FIG. 7A is a diagram illustrating index data. As illustrated in FIG. 7A, the index data has not yet been classified into each mode because it is before clustering. The index
次に、表示装置105に表示された内容を確認したユーザによって、一部の指標データに対するラベル情報が入力機器104に入力される。ラベル情報取得部23は、入力機器104からラベル情報を取得する。ラベルデータ作成部24は、ラベル情報取得部23が取得したラベル情報に基づいて、ラベルデータを作成する(ステップS13)。ラベルデータは、例えば、指標データのそれぞれについてのモード識別子である。例えば、各センサデータに対して、モード1を表す「1」、モード2を表す「2」、モードを指定しない「0」が作成される。
Next, the user who confirms the content displayed on the
ラベル情報は、ユーザによって入力されてもよいが、自動で入力されてもよい。例えば、入力データと出力データとの大まかな関係を予め定めておくことで、指標データのラベルを自動で指定することができるようになる。例えば、図7(a)の例では、線形が途切れる箇所でモデルが切り替わると仮定した場合の数式を予め定めておく。図7(a)の例では、例えば、
y(t)=u(t−1)+2+e(t),−4≦u(t−1)≦−1
y(t)=−u(t−1)+e(t),−1<u(t−1)<2
y(t)=u(t−1)+2+e(t),2≦u(t−1)≦4
の3つの数式を定めておくことができる。なお、e(t)は、白色雑音である。この数式の関係を用いて、一部の指標データに対するラベル情報を自動で作成することもできる。
The label information may be entered by the user or may be entered automatically. For example, by predetermining the rough relationship between the input data and the output data, the label of the index data can be automatically specified. For example, in the example of FIG. 7A, a mathematical formula assuming that the model is switched at a point where the alignment is interrupted is determined in advance. In the example of FIG. 7A, for example,
y (t) = u (t-1) + 2 + e (t), -4 ≦ u (t-1) ≦ -1
y (t) = -u (t-1) + e (t), -1 <u (t-1) <2
y (t) = u (t-1) + 2 + e (t), 2 ≦ u (t-1) ≦ 4
Three mathematical formulas can be defined. Note that e (t) is white noise. Label information for some index data can be automatically created by using the relationship of this mathematical formula.
なお、モデル生成用データ取得部13は、センサデータ記憶部12に記憶されたセンサデータからモデル生成用データを取得する。例えば、モデル生成用データは、指標データ取得部21が取得した指標データと同じものである。次に、ラベルデータ統合部14は、モデル生成用データとラベルデータとを統合する。それにより、モデル生成用データの一部に、モードが指定される。図7(b)で例示するように、一部のモデル生成用データにモードが指定されるようになる。図7(b)の例では、ひし形がモード1を表し、バツがモード2を表している。
The model generation data acquisition unit 13 acquires model generation data from the sensor data stored in the sensor data storage unit 12. For example, the model generation data is the same as the index data acquired by the index data acquisition unit 21. Next, the label
次に、クラスタリング計算部15は、クラスタリングを行うためのパラメータを設定する(ステップS14)。次に、クラスタリング計算部15は、ラベルデータ統合部から受け取ったモデル生成用データを用いて、クラスタリング計算を行う(ステップS15)。
Next, the
クラスタリング計算部15は、ラベル有りデータを用いて、クラスタリングを行う。例えば、クラスタリング計算部15は、ラベル有りデータとラベル無しデータとの類似と、ラベル無しデータ間の類似度とに基づいて、クラスタリングを行う。具体的には、図8(a)で例示するように、クラスタリング計算部15は、モデル生成用データにおいて、ラベル有りデータとの類似度が高いラベル無しデータ間の類似度が高くなるように、また、ラベル有りデータとの類似度が低いラベル無しデータとその近傍データとの類似度が高くなるように、クラスタリングを行う。
The
例えば、クラスタリング計算部15は、クラスタリングに際して、下記式(1)の学習基準(評価関数)を用いる。下記式(1)において、Wi,i´は、類似度関数であり、両者の距離が近いと大きい値をとる関数である。下記式(1)の括弧内において、第1項はラベル有りデータによる識別モデルの学習(教師有り学習)を表し、第2項は過学習を抑制する正規化項であり、第3項はラベル無しデータによる識別モデルの学習(教師無し学習)を表す。下記式(1)によって、識別モデルを算出することができる。識別モデルは、下記式(2)のように表すことができる。下記式(2)において、K(x,xj)は、入力xの特徴量(カーネル)である。識別モデルが得られることで、下記式(3)の識別式が得られる。当該識別式を用いた−1と+1とへの識別によって、センサデータを各モードに分類することができる。図8(b)は、下記式(1)〜(3)を用いてクラスタリングを行った結果である。
クラスタリング計算部15は、上記式(1)〜(3)を用いて、モデル生成用データのそれぞれを各モードに分類する(ステップS16)。以上の処理により、データ分類のフローチャートが終了する。
The
次に、モデルパラメータ推定部16は、モデル作成用入出力データを決定する(ステップS21)。具体的には、モデルパラメータ推定部16は、ステップ16で得られたモードごとのモデル生成用データを、モデル作成用入出力データに決定する。次に、モデルパラメータ推定部16は、予め作成された複数種類の数理モデル構造から、モデル作成用入出力データに適した数理モデル構造を決定する(ステップS22)。次に、モデルパラメータ推定部16は、数理モデルの次数を決定する(ステップS23)。モデルの次数は、数理モデルの数式の次数のことである。次に、モデルパラメータ推定部16は、ステップS16で得られたモードごとのモデル生成用データを用いて、モデルパラメータを推定する(ステップS24)。
Next, the model
一方、分離超平面推定部17は、複数種類の分類器から、ステップS16で得られたモードごとのモデル生成用データに適した分類器を決定する(ステップS31)。次に、分離超平面推定部17は、ステップS31で決定された分類器が、モデル生成用データを各モードに分離できるか否かを判定する(ステップS32)。ステップS32で「No」と判定された場合、ステップS31から再度実行され、他の分類器が決定される。ステップS32で「Yes」と判定された場合、分離超平面推定部17は、分類器パラメータを設定する(ステップS33)。次に、分離超平面推定部17は、分類器を生成する(ステップS34)。分類器は、分離超平面のことである。ステップS24で推定されたモデルパラメータおよびステップS34で生成された分類器は、モデル記憶部18に記憶される。
On the other hand, the separation hyperplane estimation unit 17 determines a classifier suitable for the model generation data for each mode obtained in step S16 from a plurality of types of classifiers (step S31). Next, the separation hyperplane estimation unit 17 determines whether or not the classifier determined in step S31 can separate the model generation data into each mode (step S32). If "No" is determined in step S32, the process is executed again from step S31, and another classifier is determined. When it is determined as "Yes" in step S32, the separation hyperplane estimation unit 17 sets the classifier parameter (step S33). Next, the separation hyperplane estimation unit 17 generates a classifier (step S34). A classifier is a hyperplane separation. The model parameters estimated in step S24 and the classifier generated in step S34 are stored in the
次に、図4(a)および図9(a)を参照しつつ、予測装置200の処理の詳細について説明する。図9(a)は、予測装置200の処理を表すフローチャートを例示する図である。モデル取得部31は、モデル記憶部18に記憶されている分類器およびモデルパラメータを取得する(ステップS41)。次に、予測用入力データ取得部32は、センサデータ取得部11から、予測用の入力データを取得する(ステップS42)。予測用の入力データは、モデル生成用データ以降の入力データである。
Next, the details of the processing of the
次に、予測計算部33は、分類器を用いて、予測用の入力データを各モデルに分類する(ステップS43)。次に、予測計算部33は、各モデルに分類された予測用の入力データに対してモデルパラメータを適用することで、出力データの予測値を計算する(ステップS44)。予測計算部33は、計算された予測値を予測値記憶部34に記憶する(ステップS45)。
Next, the
次に、図4(a)および図9(b)を参照しつつ、監視システム300の処理の詳細について説明する。図9(b)は、監視システム300の処理を表すフローチャートを例示する図である。判定部40は、センサデータ取得部11から、ステップS42で取得された入力データに対応する出力データ(測定値)を取得し、予測値記憶部34に記憶された予測値を取得する(ステップS51)。
Next, the details of the processing of the
次に、判定部40は、測定値と予測値との乖離度がしきい値以上となっているか否かを判定する(ステップS52)。例えば、しきい値として、3σなどの統計値を用いることができる。ステップS52で「No」と判定された場合、判定部40は、正常に係る情報を出力する(ステップS53)。ステップS52で「Yes」と判定された場合、判定部40は、異常に係る情報を出力する(ステップS54)。
Next, the
本実施例によれば、複数の入出力データのうち一部に、所属するモードのラベルが付加される。このラベルが付加された入出力データを用いて当該複数の入出力データを各モードに分類するクラスタリングを行うため、ラベルが付加された入出力データを事前知識として用いることができる。それにより、事前知識を用いない場合と比較して、クラスタリング精度が向上する。その結果、モデル同定精度を高くすることができる。また、モデル同定精度が高くなることで、分離超平面およびモデルパラメータの推定精度が向上する。それにより、未知の入力データに対する出力データの予測値の予測精度が向上する。その結果、予測値と実測値との乖離度に基づく異常判断の予測精度が向上する。 According to this embodiment, a label of the mode to which the input / output data belongs is added to a part of the plurality of input / output data. Since the clustering is performed to classify the plurality of input / output data into each mode using the input / output data to which the label is attached, the input / output data to which the label is attached can be used as prior knowledge. As a result, the clustering accuracy is improved as compared with the case where prior knowledge is not used. As a result, the model identification accuracy can be improved. In addition, the higher model identification accuracy improves the estimation accuracy of the separated hyperplane and model parameters. As a result, the prediction accuracy of the predicted value of the output data with respect to the unknown input data is improved. As a result, the prediction accuracy of abnormality judgment based on the degree of deviation between the predicted value and the measured value is improved.
図10(a)〜図10(d)は、シミュレーション結果を例示する図である。図10(a)は、センサデータにラベルを付加せずにクラスタリングを行った場合の結果である。図10(a)で例示するように、センサデータにラベルを付加しなかった場合には、線形に大きくなって途中から線形に小さくなる入出力データ群がモード1に分類され、さらに線形に大きくなる入出力データ群がモード2に分類されている。図10(b)は、一部のセンサデータにラベルを付加してクラスタリングを行った場合の結果である。図10(b)で例示するように、途中で途切れているものの線形に大きくなる入出力データ群がモード1に分類され、線形に小さくなる入出力データ群がモード2に分類されている。図10(b)の結果が正しいクラスタリングの結果である。
10 (a) to 10 (d) are diagrams illustrating simulation results. FIG. 10A shows the result when clustering was performed without adding a label to the sensor data. As illustrated in FIG. 10A, when no label is added to the sensor data, the input / output data group that increases linearly and decreases linearly from the middle is classified into
このクラスタリングの結果に基づいて分類器を作成し、モデルパラメータを推定した。そして、分類器を用いて未知の入力データを各モデルに分類し、各モデルのモデルパラメータを用いて当該入力データに対する出力データを予測した。図10(c)は、図10(a)の結果を用いた場合の予測値および実測値を表す。図10(d)は、図10(b)の結果を用いた場合の予測値および実測値を表す。予測値と実測値との誤差として、RMSE(二乗平均平方根誤差)を算出した。図10(c)の例では、RMSEが0.64となった。図10(d)の例では、RMSEが0.13となった。未知の異なる入力データに対して合計で10回にわたって出力データを予測したところ、センサデータにラベルを付加しなかった場合にはRMSEが平均で6.51となった。センサデータにラベルを付加した場合にはRMSEが平均で0.60となった。このように、センサデータにラベルを付加した場合には、予測精度が90.1%向上した。 A classifier was created based on the results of this clustering, and model parameters were estimated. Then, the unknown input data was classified into each model using a classifier, and the output data for the input data was predicted using the model parameters of each model. FIG. 10 (c) shows a predicted value and an actually measured value when the result of FIG. 10 (a) is used. FIG. 10 (d) shows a predicted value and an actually measured value when the result of FIG. 10 (b) is used. RMSE (Root Mean Square Error) was calculated as the error between the predicted value and the measured value. In the example of FIG. 10 (c), the RMSE was 0.64. In the example of FIG. 10D, the RMSE was 0.13. When the output data was predicted 10 times in total for different unknown input data, the RMSE averaged 6.51 when the sensor data was not labeled. When a label was added to the sensor data, the RMSE averaged 0.60. As described above, when the label was added to the sensor data, the prediction accuracy was improved by 90.1%.
なお、上記例において、例えば、入力データは所定の設備の機器への入力値であり、出力データは当該設備に備わるセンサの出力値である。具体的には、入力データは所定のプラントにおける温度制御機器に対する入力値であり、出力データは当該プラントの温度センサの出力値である。ただし、入力データと出力データとは、互いに因果関係を有するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、入力データは所定のセンサの出力値であり、出力データは当該センサの出力値に対して因果関係を有する他のセンサの出力値であってもよい。 In the above example, for example, the input data is an input value to a device of a predetermined facility, and the output data is an output value of a sensor provided in the facility. Specifically, the input data is an input value for the temperature control device in a predetermined plant, and the output data is an output value of the temperature sensor of the plant. However, the input data and the output data are not particularly limited as long as they have a causal relationship with each other. For example, the input data may be the output value of a predetermined sensor, and the output data may be the output value of another sensor having a causal relationship with the output value of the sensor.
上記各例において、ラベル付加部20が、複数の入出力データのうち一部に、所属するモードのラベルを付加するラベル付加部の一例として機能する。クラスタリング計算部15が、前記ラベルが付加された入出力データを用いて前記複数の入出力データを各モードに分類するクラスタリングを行うクラスタリング部の一例として機能する。モデルパラメータ推定部16が、前記クラスタリングの結果に基づいて、各モードの数理モデルのパラメータを推定するパラメータ推定部の一例として機能する。分離超平面推定部17が、前記クラスタリングの結果に基づいて、入力データを前記数理モデルのそれぞれに分類するための分離超平面を推定する分離超平面推定部の一例として機能する。予測計算部33が、前記分離超平面推定部が推定した前記分離超平面を用いて入力データを前記数理モデルのそれぞれに分類し、前記数理モデルのそれぞれに分類された前記入力データに前記数理モデルのパラメータを適用することで、前記入力データに対する出力データの予測値を計算する計算部の一例として機能する。判定部40が、前記計算部が計算した予測値と、前記入力データに対する出力データの実測値と、の乖離度が閾値を超えるか否かを判定する判定部の一例として機能する。
In each of the above examples, the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific examples, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
11 センサデータ取得部
12 センサデータ記憶部
13 モデル生成用データ取得部
14 ラベルデータ統合部
15 クラスタリング計算部
16 モデルパラメータ推定部
17 分離超平面推定部
18 モデル記憶部
20 ラベル付加部
21 指標データ取得部
22 指標データ表示部
23 ラベル情報取得部
24 ラベルデータ作成部
31 モデル取得部
32 予測用入力データ取得部
33 予測計算部
34 予測値記憶部
40 判定部
100 モデル同定装置
200 予測装置
300 監視システム
11 Sensor data acquisition unit 12 Sensor data storage unit 13 Model generation
Claims (5)
前記ラベルが付加された入出力データを用いて、前記複数の入出力データのうち前記ラベルが付加された入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データとを各モードに分類するクラスタリングを行うクラスタリング部と、
前記クラスタリングの結果に基づいて、各モードの数理モデルのパラメータを推定するパラメータ推定部と、
前記クラスタリングの結果に基づいて、入力データを前記数理モデルのそれぞれに分類するための分離超平面を推定する分離超平面推定部と、を備え、
前記クラスタリング部は、前記ラベルが付加された入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データとの類似度と、前記ラベルが付加されていない入出力データ間の類似度と、に基づいて、前記ラベルが付加された入出力データとの類似度が高い前記ラベルが付加されていない入出力データ間の類似度が高くなるように、また、前記ラベルが付加された入出力データとの類似度が低い前記ラベルが付加されていない入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データの近傍の前記ラベルが付加されていない入出力データとの類似度が高くなるように、前記複数の入出力データのクラスタリングを行うことを特徴とするモデル同定装置。 A label addition part that adds a label of the mode to which it belongs to a part of multiple input / output data,
Using the input / output data with the label attached, clustering is performed to classify the input / output data with the label and the input / output data without the label among the plurality of input / output data into each mode. The clustering part to be performed and
A parameter estimation unit that estimates the parameters of the mathematical model of each mode based on the result of the clustering,
A separated hyperplane estimation unit for estimating a separated hyperplane for classifying input data into each of the mathematical models based on the result of the clustering is provided .
The clustering unit is based on the similarity between the labeled input / output data and the unlabeled input / output data, and the similarity between the unlabeled input / output data. , High degree of similarity to the input / output data to which the label is attached So that the degree of similarity between the input / output data to which the label is not attached is high, and similarity to the input / output data to which the label is attached. The plurality of input / output data having a low degree of similarity between the unlabeled input / output data and the unlabeled input / output data in the vicinity of the unlabeled input / output data are increased. A model identification device characterized by clustering input / output data.
前記ラベルが付加された入出力データを用いて、前記複数の入出力データのうち前記ラベルが付加された入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データとを各モードに分類するクラスタリングを行い、
前記クラスタリングの結果に基づいて、各モードの数理モデルのパラメータを推定し、
前記クラスタリングの結果に基づいて、入力データを前記数理モデルのそれぞれに分類するための分離超平面を推定する、処理をコンピュータが実行し、
前記クラスタリングを行なう際に、前記ラベルが付加された入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データとの類似度と、前記ラベルが付加されていない入出力データ間の類似度と、に基づいて、前記ラベルが付加された入出力データとの類似度が高い前記ラベルが付加されていない入出力データ間の類似度が高くなるように、また、前記ラベルが付加された入出力データとの類似度が低い前記ラベルが付加されていない入出力データと前記ラベルが付加されていない入出力データの近傍の前記ラベルが付加されていない入出力データとの類似度が高くなるように、前記複数の入出力データのクラスタリングを行うことを特徴とするモデル同定方法。 To some of the plurality of input and output data, it appends the label belongs to mode,
Using the input / output data with the label attached, clustering is performed to classify the input / output data with the label and the input / output data without the label among the plurality of input / output data into each mode. There line,
Based on the results of the clustering to estimate the parameters of the mathematical model of each mode,
Based on the results of the clustering to estimate the separating hyperplane for classifying each of said mathematical model input data, process the computer has performed,
When performing the clustering, the similarity between the input / output data to which the label is attached and the input / output data to which the label is not attached, and the similarity between the input / output data to which the label is not attached are determined. Based on this, the degree of similarity with the input / output data to which the label is attached is high so that the degree of similarity between the input / output data without the label is high, and the degree of similarity with the input / output data to which the label is attached is high. The similarity between the unlabeled input / output data and the unlabeled input / output data in the vicinity of the unlabeled input / output data is high. A model identification method characterized by clustering a plurality of input / output data.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017081413A JP6930195B2 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | Model identification device, prediction device, monitoring system, model identification method and prediction method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017081413A JP6930195B2 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | Model identification device, prediction device, monitoring system, model identification method and prediction method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018181052A JP2018181052A (en) | 2018-11-15 |
JP6930195B2 true JP6930195B2 (en) | 2021-09-01 |
Family
ID=64275662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017081413A Active JP6930195B2 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | Model identification device, prediction device, monitoring system, model identification method and prediction method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6930195B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114730390A (en) | 2019-09-11 | 2022-07-08 | 思睿人工智能公司 | System and method for predicting manufacturing process risk |
JP7473343B2 (en) * | 2020-01-08 | 2024-04-23 | 株式会社日立製作所 | Operation management support device and operation management support method |
CN112100375B (en) * | 2020-09-10 | 2024-10-18 | 清华大学 | Text information generation method, device, storage medium and equipment |
CN112329883A (en) * | 2020-11-25 | 2021-02-05 | Oppo广东移动通信有限公司 | Model training system, method, device and storage medium |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5301310B2 (en) * | 2009-02-17 | 2013-09-25 | 株式会社日立製作所 | Anomaly detection method and anomaly detection system |
JP2011144761A (en) * | 2010-01-15 | 2011-07-28 | Toyota Motor Corp | System control device |
GB201510957D0 (en) * | 2015-06-22 | 2015-08-05 | Ge Aviat Systems Group Ltd | Systems and Methods For Verification And Anomaly Detection |
JP6523815B2 (en) * | 2015-06-22 | 2019-06-05 | 株式会社日立製作所 | Plant diagnostic device and plant diagnostic method |
-
2017
- 2017-04-17 JP JP2017081413A patent/JP6930195B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018181052A (en) | 2018-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3620983B1 (en) | Computer-implemented method, computer program product and system for data analysis | |
US20200074269A1 (en) | Computer-implemented method, computer program product and system for data analysis | |
Chiou | Dynamical functional prediction and classification, with application to traffic flow prediction | |
EP2854053B1 (en) | Defect prediction method and device | |
CN107292023B (en) | A Bridge Structure Condition Diagnosis Method Based on Narrow Domain Characteristics of Damage Index System | |
JP5889019B2 (en) | Label adding apparatus, label adding method and program | |
JP6930195B2 (en) | Model identification device, prediction device, monitoring system, model identification method and prediction method | |
US11593673B2 (en) | Systems and methods for identifying influential training data points | |
US8595155B2 (en) | Kernel regression system, method, and program | |
WO2013125482A1 (en) | Document evaluation device, document evaluation method, and computer-readable recording medium | |
CN113705726B (en) | Traffic classification method, device, electronic device and computer readable medium | |
US12039443B2 (en) | Distance-based learning confidence model | |
CN110781970A (en) | Method, device and equipment for generating classifier and storage medium | |
JP6172317B2 (en) | Method and apparatus for mixed model selection | |
JP6950504B2 (en) | Abnormal candidate extraction program, abnormal candidate extraction method and abnormal candidate extraction device | |
JP2017102865A (en) | Information processing device, information processing method and program | |
WO2024007867A1 (en) | Defect root cause determination method and apparatus, and storage medium | |
CN107480627B (en) | Behavior recognition method and device, storage medium and processor | |
US20220405299A1 (en) | Visualizing feature variation effects on computer model prediction | |
CN115831219B (en) | Quality prediction method, device, equipment and storage medium | |
JP5826892B1 (en) | Change point detection apparatus, change point detection method, and computer program | |
JP6954070B2 (en) | Discrimination program, discrimination method and discrimination device | |
JP5826893B1 (en) | Change point prediction apparatus, change point prediction method, and computer program | |
US10546243B1 (en) | Predicting particle size distribution and particle morphology | |
CN113537659A (en) | Method and apparatus for identifying item anomalies |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200115 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201208 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210204 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210224 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210521 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20210521 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20210531 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20210601 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210713 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210726 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6930195 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |